[發明專利]諧衍射紅外雙波段超光譜成像系統

無效

• 申請號: 200810051552.X
• 申請日: 2008-12-09
• 公開（公告）號: CN101424571A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 劉英;孫強;盧振武;王健
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01N21/00
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所
• 代理人: 王立偉

技術領域：

本發明屬于光學成像系統，涉及到一種軍事偵察系統信息準確度的提高，特別是涉及到基于3.2-4.8μm和8-12μm雙波段折射/諧衍射混合超光譜成像方式來增加偵察系統的信息量，提高目標探測、識別的準確度。

背景技術：

現代偵查要求全天候、高分辨率、實時傳輸的偵察系統。而單一波段紅外探測系統獲取的信息弱、準確度低，已不能滿足現代軍事探測的要求。紅外超光譜偵察儀器能夠在波長相鄰、連續采樣的窄帶光譜波段上獲得數十至數百個通道光譜圖像，利用這種高光譜分辨率的超光譜圖像數據，可以根據地球表面眾多物體的光譜特征精確地識別目標，還能做到對地面物質的理化、生物性能診斷和成分分析等，因此，它具有廣泛的應用前景和其他技術手段無法比擬的優勢。

在過去的十幾年里，歐美等國先后投入了大量人力和物力對超光譜成像光譜儀進行研究，已發展了多種色散型、計算層析型和干涉傅里葉變換類型的超光譜成像技術，其中有一些已在實際系統中得到應用。Lyons提出一種新穎結構，利用衍射光學透鏡獨特的色散特性設計出用于可見或紅外光譜范圍的成像光譜儀。在這里，衍射透鏡既是分光元件又是成像元件，這種光譜儀只能探測一個波段的信號。1995年Sweeney，Sommargren，Faklis和Morris等人，分別提出了諧衍射透鏡(HDE)的概念，它可以在一系列分離波長處獲得相同的光焦度，可用在多光譜、寬視場及大數值孔徑的光學成像系統中。2005年，美國陸軍試驗室應用制冷型光子探測陣列建立了中波紅外(3～5μm)和長波紅外(8～14μm)波段的雙波段超光譜成像儀。但是，目前國內還沒生產長波制冷型探測的能力，而且難于從國外采購。

發明內容：

本發明的目的是針對背景技術中存在的問題，以及國內探測器發展的現狀，發明一種3.2-4.8μm和8-12μm雙波段折射/諧衍射混合超光譜成像系統，中波3.2-4.8μm采用制冷型探測器陣列，長波8-12μm采用非制冷型探測器陣列，來實現中、長波紅外雙波段超光譜成像。基于這種需要，本發明設計了一種3.2-4.8μm和8-12μm雙波段折射/諧衍射混合超光譜成像儀，可在中、長波紅外雙波段獲得數百個光譜圖像。

為了滿足現代軍事的需求，本發明采用如圖1，2，3所示的技術方案，包括諧衍射透鏡，孔徑光闌，制冷型焦平面探測器和非制冷型焦平面探測器。諧衍射透鏡的材料為鍺。

圖1中波紅外雙波段超光譜成像系統中諧衍射透鏡，孔徑光闌，制冷型焦平面探測器在同一光軸上順序放置。圖2長波紅外雙波段超光譜成像系統中諧衍射透鏡，孔徑光闌，非制冷型焦平面探測器在同一光軸上順序放置。

各部件的位置及連接關系：在同一光軸上沿入射光傳播方向依次放置諧衍射透鏡，孔徑光闌，制冷型焦平面探測器或者非制冷型焦平面探測器；本發明的工作目標發出的或者反射的3.2-4.8μm和8-12μm波段的中、長波紅外輻射，通過諧衍射透鏡分光和聚焦，將3.2-4.8μm和8-12μm波段的中、長波紅外的各個離散波長分別成像在制冷型焦平面探測器和非制冷型焦平面探測器，工作原理示意圖如圖3所示。

本發明的優點：在滿足當前國內衍射透鏡面形加工的技術要求的前提下，通過優化設計諧衍射面的面形參數和諧衍射透鏡1和孔徑光闌2之間的距離，使系統的單色像差達到最佳分配，該設計完全能夠滿足光學系統成像要求。使雙波段折射/諧衍射混合超光譜成像系統，滿足現代軍事偵查要求全天候、高分辨率、實時傳輸、大信息量、高準確度的要求。

附圖說明：

圖1是本發明的3.2-4.8μm制冷型折射/諧衍射混合超光譜成像系統結構示意圖。

圖2是本發明的8-12μm非制冷型折射/諧衍射混合超光譜成像系統結構示意圖。

圖3是本發明的中、長波紅外兩個諧振波段同時顯示的光學系統的光路圖。

圖4是本發明的諧衍射面的線頻率(a)和相位(b)隨元件徑向坐標的變化曲線。

圖5給出實施例光學系統的調制傳遞函數曲線圖，(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)分別為中波4.8μm、4μm、3.2μm和長波12μm、10μm、8μm處的調制傳遞函數曲線圖。

具體實施方式

以下就結合實施例對本發明作進一步詳細說明。